Подробные сведения о дереве заняли бы много томов, но для
настоящего <понимания дерева> и этих томов недостаточно без
многолетней практики. Цель приводимых здесь весьма кратких сведений
состоит в том, чтобы дать обзор свойств некоторых пород древесины,
применяемых для постройки яхт. Сравнение прочности и долговечности
древесины - наиболее важные данные для конструктора и строителя яхт.
Дерево само по себе, время его рубки, процесс сушки представляют
интерес больше для торговца лесом и лесозаготовителя, который
покупает дерево на корню, режет его на пиломатериалы и хранит.
Мелкие верфи и любители должны полагаться в этом отношении на свою
квалификацию и опыт.
Работа дерева или деформация древесины в зависимости от ее
влажности, имеет важное значение для дальнейшей обработки древесины.
В высушенной на воздухе древесине содержание влаги составляет около
15%. Это среднее значение колеблется в зависимости от времени года,
влажности и температуры воздуха. В такой древесине можно, например,
снизить содержание влаги до 6-12%, и тогда заготовки уменьшатся в
объеме. Когда влажность деревянных деталей в подводной части корпуса
увеличивается, они набухают и создают значительные напряжения в
корпусе, если не воспрепятствовать этому с помощью специальных
конструктивных мер. Усушка (усадка) древесины различна в зависимости
от того, измеряют ли ее вдоль волокон, в радиальном направлении или
в направлении годичных колец (тангенциальном). Древесина для
постройки яхт влажностью 15%, которую высушивают до влажности 6%,
имеет усадку вдоль волокон около 0,1-0,15%; в радиальном направлении
1,5-1,7% и в тангенциальном направлении 2,6-2,8%. Хорошие сорта тика
и красного дерева могут иметь усадку почти вдвое меньшую. Усадка
дуба, лиственницы, ели и сосны составляет около 30-50% указанных
значений.
Для оценки набухания древесины при повышении влажности от 6 до
15% подходят те же самые значения. С возрастанием содержания влаги
до 30% набухание древесины увеличивается почти вдвое. Однако при
полностью клееной конструкции отдельные детали оказываются
разделенными изолирующей пленкой клея, поэтому поглощение влаги
существенно уменьшается.
В современном яхтостроении с усушкой и набуханием борются путем
изоляции древесины от проникновения в нее влаги. В самом совершенном
виде это наблюдается у фанеры. Фанера принимает исключительно мало
воды, так как клетки древесины, уменьшенные методом усушки до 6-8%,
благодаря совершенной изоляции почти не впитывают влагу.
Спрессованный подобным образом пористый пластик также почти не
впитывает воду. Если при обработке древесины в ней сохраняется
содержание влаги 6-8%, то даже летом при самом сильном воздействии
солнца древесина не подвергается дальнейшей усушке. При понижении
влажности с 6 до 0% последующая усушка возможна практически при
нагреве в условиях очень низкой влажности воздуха или в сушильной
печи.
Влажность древесины может быть измерена достаточно точно. В
сушильном приборе образцы древесины взвешивают на точных весах,
которые настроены на нуль, и разницу в массе после высушивания
считывают со шкалы как содержание влаги. Гигрометры на основе
измерения электрического сопротивления древесины дают лишь
приближенную оценку содержания в ней влаги.
Коробление древесины является, как правило, следствием ее усушки.
Поскольку тангенциальная усадка при высушивании почти в два раза
больше, чем в радиальном направлении, особенно сильно коробятся
доски тангенциальной распиловки (рис. 62). Такие доски с
параллельными пласти годичными кольцами для постройки яхт
неприемлемы.
Судостроители используют доски радиальной распиловки с
перпендикулярными пласти годичными кольцами или же с наклонными
кольцами, но не более чем на 30° к кромке доски. При вырезании таких
досок из бревна, несмотря на специальную разметку, получаются
большие отходы. Несмотря на это, необходимо придерживаться этого
требования, если речь идет о прямых планках, планширях и т. д. Для
клееных (ламинированных) деталей можно использовать рейки с наклоном
годичных колец к кромке до 45°, так как располагая соответствующим
образом рейки внутри детали, можно компенсировать повышенную
деформацию таких реек.
Доски наборной палубы должны быть непременно радиальной распиловки с
годичными кольцами, располагаемыми по возможности ближе к
перпендикуляру к пласти.
Долговечность, прочность и плотность древесины являются важными
факторами для постройки судов. На основании результатов исследований
различных институтов по дереву были установлены классы
долговечности. В среднеевропейских условиях породы древесины
оценивают по продолжительности ее службы в годах.
Продолжительность использования древесины, подвергнутой
консервации, конечно, существенно больше и легко увеличивается при
хранении в воде только один сезон. Прочность древесины в зависимости
от ее породы и приложения нагрузки различна. Самую высокую прочность
древесина имеет при действии нагрузки вдоль волокон. При сжатии
вдоль волокон образец разрушается уже в случае действия примерно
половины напряжений, достигаемых при разрушении его от растяжения.
При растяжении поперек волокон 1/16 часть прочности на растяжение
вдоль волокон является контрольным значением, которое, однако, может
снижаться почти до нуля. В случае сжатия поперек волокон образец
разрушается при напряжениях от 10 до 20% напряжений на разрыв при
растяжении вдоль волокон. Эти напряжения на разрыв при сжатии
поперек волокон являются также основой для расчета разрушающих
напряжений при изгибе.
Плотность древесины в так называемом воздушно-сухом состоянии (с
влажностью около 15%) находится во взаимосвязи с прочностью и
некоторым образом также с долговечностью сделанных из нее деталей.
Чем прочнее и долговечнее древесина, тем, к сожалению, она тяжелее.
Рис. 62. Зависимость усадки заготовок из
древесины от способа распиловки бревна (а); допустимое расположение
годовых колец в досках обшивки (б) и планках для ламинированных
конструкций (в). Указанные на рисунке проценты усадки относятся к
сушке древесины на воздухе с 15% влажности до 6%.
Поэтому детали, которые мало подвергаются погодным условиям и
большим нагрузкам, изготовляют из более легкой древесины. Сведения о
породах древесины, применяемых в яхтостроении, приведены в табл. 3.
Таблица 3 Свойства пород древесины, используемой в
судостроении
Для несущих связей набора яхт, которые одновременно должны
обладать высокой прочностью и долговечностью, легко обрабатываться и
хорошо склеиваться, в настоящее время используют предпочтительно
древесину сипо. Несмотря на некоторую склонность к косослойности,
этот относительно недорогой материал используется в яхтостроении с
большим успехом. Ни тик, ни красное дерево не могут с ним
конкурировать вследствие их высокой стоимости. Подобно тому и другие
породы древесины, относимые к классам долговечности 1 и 2, не могут
сравниться с сипо, так как они плохо обрабатываются, плохо
склеиваются или недостаточно прочны. Для особенно легких яхт
наружную обшивку чаще всего выклеивают из дерева кайя. Это
единственная из цветных экзотических пород, которую можно поставить
в один ряд с дорогим африканским красным деревом мэхогани. Под лаком
кайя очень хорошо смотрится в отделке и оборудовании кают.
Все хвойные породы относятся по долговечности к классу 3-4, и их
нельзя применять ни для деталей, подверженных воздействию высокой
влажности, ни для тропических условий.
Аналогично обстоит дело с габун, долговечность которой бывает
различна в зависимости от области, где растет дерево. Кроме того,
габун имеет тот недостаток, что неспециалисту трудно по внешнему
виду отличить ее от чрезвычайно подверженного грибкам тропического
дерева ломба, которое иногда используется как внутренний слой для
фанеры из габун. Хорошая отобранная габун выдержала испытание в
течение многих десятилетий как материал для корпусов легких
спортивных лодок. При постройке яхт эта древесина используется
только для внутренней отделки, так как содержание влажности в ней
никогда не превышает 20%, даже если температура окружающей среды
выше 20°С. Габун и все названные выше хвойные породы подвержены
плесени и грибковым поражениям. Другие приведенные в таблице породы
дерева, включая дуб, наоборот, исключительно мало подвержены
воздействию грибков, гнили и поражению насекомыми.
Современное яхтостроение нельзя представить без фанеры. Благодаря
склеиванию нескольких слоев древесины вдоль и поперек волокон
достигается приблизительно одинаковая прочность фанеры в обоих
направлениях. В третьем направлении, а именно в направлении толщины
листа, фанера все же обладает незначительной прочностью и при
проектировании яхты это надо учитывать.
Предел прочности обычной морской фанеры при растяжении вдоль листа
составляет 40 Н/мм2 и выше; поперек листа-более 30 Н/мм2. Чтобы
достичь этих значений прочности, для фанеры берут древесину 1-го и
2-го классов долговечности, такую, как тик, макоре, сипо и другие
прочные породы. Кайю и настоящее красное дерево применяют реже, так
как древесина кайи менее прочная, а красное дерево слишком
дорогостоящее. Фанера из тика также недешева, поэтому в большинстве
случаев тик идет на внешний слой фанеры, а для внутренних слоев
используют сипо.
Толщина внешнего слоя фанеры для постройки лодок должна составлять
не менее 1,5 мм. Но поскольку наружные поверхности требуют
доработки, имеет смысл увеличивать толщину наружных слоев до
максимально допустимой 2,6 мм (для фанеры толщиной до 15 мм) и 3,8
мм (для фанеры толщиной более 15 мм). Для внутренних слоев морской
фанеры используют только самую высококачественную древесину без
сучков и других дефектов; полосы шпона во внутренних слоях должны
быть плотно подогнаны и склеены друг с другом. Это делает
специальную морскую фанеру очень дорогостоящей. К этим затратам
следует еще добавить расходы за прием материала Германским Ллойдом
или другим классификационным обществом, печать которых служит
гарантией выполнения поставленных требований.
Фанера для постройки лодок должна быть изготовлена с помощью клеев
на синтетической смоле, стойкость которых против действия воды и
погодных условий нужно проверить соответствующими испытаниями.
Обычно применяют затвердевающий в горячем состоянии клей на
фенолформальдегидной смоле, что позволяет применить горячее
прессование фанеры. Для определенных сортов древесины, например кайя,
через поры которой на поверхность может выступить коричневый
фенолформальдегидный клей, применяют иногда высококачественный
светлый клей на меламиновой основе.
Применение водостойких клеев для изготовления фанеры не гарантирует
получения водостойкой фанеры. Подобная фанера может использоваться
для постройки домов и в качестве опалубки при бетонных работах.
Однако для строительной фанеры не требуется выдерживать необходимую
толщину слоев, производить качественный отбор древесины и
обеспечивать требуемую плотность подгонки всех ее слоев, как для
судостроительной фанеры. Несмотря на это, при определенных условиях
хорошую строительную фанеру применяют для постройки корпусов лодок и
яхт, так как ее стоимость составляет только половину цены морской
фанеры.
Первое условие для морской фанеры - применение сорта древесины с
высоким классом долговечности, например сипо или макоре, для всех
слоев фанеры вдоль и поперек. Второе условие заключается в том,
чтобы детали из этой фанеры длительное время не соприкасались с
водой. Она пригодна для конструктивных внутренних связей палубы,
надстроек и кокпита, которые только временами бывают в воде. Другое
условие применения морской фанеры в местах, которые подвержены
воздействию внешней среды или трюмной воды,- это надежная защита
кромок фанеры посредством наклейки на них реек или другим способом.
Если эти условия выполнены, то можно рассчитывать на достаточную
долговечность конструкции.
Еще один важный критерий - сохранность внешнего слоя фанеры, который
шлифуют чаще всего до толщины менее 1 мм. В процессе шлифования
иногда неожиданно обнаруживаются места склеивания. Это затрудняет
использование фанеры для изготовления деталей, которые должны быть
покрыты лаком, и сохранить естественную текстуру дерева.
Облицовочная фанера, или декоративная, по технологии производства
может быть рулонной или ножевой. С точки зрения применения для
отделки яхт между ними не существует никакой разницы. Значительно
более дешевая рулонная фанера, которую почти всегда используют для
внутренней отделки, имеет рисунок с прожилками (из-за
спиралеобразного процесса раскручивания заготовки - древесного
ствола). Фанеру ножевую, предпочитаемую для поверхностей,
покрываемых лаком, режут с помощью ножа, расположенного
тангенциально к основе. Она значительно дороже в изготовлении и
ценнее. Так как для ножевой фанеры используют самую лучшую и чистую
древесину, то ее поверхность чище и глаже, чем поверхность рулонной
фанеры. Благодаря этому экономят обычно на предварительной лакировке
и шлифовке. Применять ножевую фанеру для окрашенных или покрытых
цветным лаком деталей - ненужное расточительство, так как за более
высокую цену не приобретается преимуществ в отношении прочности и
долговечности.
Содержание влаги в изготовленной фанере (вынутой из нагретых
прессов) оказывается ниже 6%. Перед обработкой, благодаря
соответствующему ее хранению и увлажнению, это содержание повышается
самое меньшее до 8%.
В судостроении чаще всего применяют листы фанеры размером 2500 X
1250 мм. Выпускаются также листы шириной 1530, 1730 и 1830 мм.
Некоторые заводы изготовляют листы ножевой фанеры очень редкого и
дорогого формата - длиной 3500 мм.
